1,、引言

隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，以精密加工,、超精密加工" title="超精密加工" target="_blank">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" 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title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工" title="超精密加工">超精密加工,、微細加工和納米加工等為代表的精密工程越來越引起人們的關注。通常我們把被加工零件的尺寸精度和形位精度達到零點幾微米,，表面粗糙度低于百分之幾微米的加工技術稱為超精密加工技術,。超精密加工技術在國防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和民用產(chǎn)品中都有著廣泛的應用前景,。在國防工業(yè)中,，導彈陀螺儀的質(zhì)量直接影響其命中率，1 kg的陀螺轉(zhuǎn)子,，其質(zhì)心偏離對稱軸0.0005μm ,，就會引起100 m的射程誤差和 50 m的軌道誤差。在宇航技術中,，衛(wèi)星的姿態(tài)軸承為真空無潤滑軸承,，其孔和外圓的圓度及圓柱度均為納米級。衛(wèi)星用的光學望遠鏡,、電視攝像系統(tǒng),、紅外傳感器等，其光學系統(tǒng)中的高精度非球面透鏡等都必須經(jīng)過超精密車,、磨,、研、拋等超精密加工,。此外,，大型天體望遠鏡的透鏡、紅外線探測器反射鏡,，激光核聚變用的曲面鏡等都是靠超精密加工才能制造,。在信息產(chǎn)業(yè)中,，計算機芯片、磁盤和磁頭,，復印機的感光鼓等都要經(jīng)過超精密加工才能達到要求,。民用產(chǎn)品中的許多產(chǎn)品,，如隱形眼鏡,，就是用超精密數(shù)控車床加工而成的。

2,、超精密加工的實現(xiàn)方法

目前,，實現(xiàn)超精密加工的方法主要有：超精密切削，如超精密金剛石刀具鏡面車削,、鏜削和銑削等,；超精密磨削、研磨和拋光,；超精密微細加工（電子束,、離子束、激光束加工以及硅微器件的加工,、LIGA技術等）,。

日本的一些學者提出了利用微機器人進行超精密加工的概念，這一概念突破傳統(tǒng)加工觀念,，設計出可以自由移動的微小機器人,，讓機器人群在工件上爬，可實現(xiàn)納米級超精密加工,。

機構(gòu)的小型化可以節(jié)約資源和能源,，并且由于零件尺寸的減小，從而提高了單位體積和重量的功能的集成度,。小型化也開辟了許多新的應用領域,，比如在工業(yè)上的遙操作或細胞生物領域的應用。源于微電子技術的硅微加工工藝對于機構(gòu)的小型化有著重大影響,，它在同一個零件上集成了機械和電子功能,，非常適合于加工 MEMS系統(tǒng),。

3,、基于微機器人的超精密加工技術

目前,，微機器人在超精密加工領域中的應用主要有以下幾種方式：微加工機器人,，宏微機器人雙重驅(qū)動,，機床與機器人結(jié)合,，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等,。

對于微小零件的精密加工中存在的主要問題是：如何以微觀精度和低成本實現(xiàn)微小零件的加工與裝配,。由于基于傳統(tǒng)方法的加工產(chǎn)生驅(qū)動誤差補償和溫度補償控制需要消耗大量能量,，近些年來,，基于IC工藝和深層X射線技術也被成功用于復雜工藝的微機械零件的加工,，但是，被加工材料局限性大,，加工和維護的費用也很昂貴,。而攜帶有各種微操作、加工,、測量工具的微小機器人,，不僅可以進行精密零件的加工、檢驗和裝配,，還可以合作完成一些大型機床難以完成的工序,。因此，基于微機器人的超精密加工成為實現(xiàn)超精密加工的一種有效方式,。

3.1 微加工機器人

日本靜岡大學開發(fā)了一組微小機器人,。每個機器人尺寸大約在1立方英寸，由壓電晶體驅(qū)動,，電磁鐵實現(xiàn)在工件表面的定位,，這種機器人不僅可以在水平的表面移動，還可以在立面和天棚上移動,，而不需要導軌等輔助裝置,。它還提供了模塊化設計，因而為完成不同的微觀操作,，可以選擇不同的工具,，如小錘、微檢測工具和灰塵捕獲探針等,。在實驗中,，多個機器人中有一個帶有減速齒輪驅(qū)動微鉆，其它的由直流電機帶動小齒輪驅(qū)動,，可以合作進行工件表面的微孔加工,，

毛利尚武等人利用“尺蠖驅(qū)動法”研制了超小型電火花加工機，可以實現(xiàn)直徑為0.1mm的微孔的加工,，如圖3,。青山尚之等人研制了一種微小機器人，并且利用該機器人實現(xiàn)了壓印加工,。

3.2 宏-微結(jié)合的驅(qū)動方式

將工業(yè)機器人與微動機器人結(jié)合在一起使用,，可以制造成精密機器人，完成超精密加工及裝配,。這種方法的優(yōu)點是可以克服工業(yè)機器人精度低的缺點,，利用微動機器人提高精度；同時又可以消除微機器人運動行程小的弱點,，使機器人可以進行大范圍的作業(yè),。例如,，在大規(guī)模集成電路裝配中常使用機器人。但是常規(guī)的機器人的精度和速度往往不能滿足要求,。精度低多是源于驅(qū)動/伺服精度和機構(gòu)的傳動誤差,。響應時間慢是由于系統(tǒng)共振模態(tài)的帶寬窄。為實現(xiàn)精確而且快速操作,，日本的電氣通訊大學設計了普通工業(yè)SCARA機器人與壓電陶瓷驅(qū)動器結(jié)合的高精度裝配機器人系統(tǒng),，用于IC芯片的加工，效果很好,，如圖4所示,。系統(tǒng)宏動是由 SCARA機器人完成的,，微動是由一對精密工作臺分別實現(xiàn)XY方向的精確運動,，工作臺由壓電陶瓷驅(qū)動。

3.3 機床與微機器人技術結(jié)合

在超精密加工中使用最多的金剛石精密車床,、各種精密磨床等,，由于環(huán)境對于加工精度的影響很大，因而需要在高度清潔車間內(nèi)進行,。并且為減小誤差,，應盡量減小振動、傳動誤差,，實現(xiàn)微進給,。微機器人主要用于機床的床身與底座的振動抑制、數(shù)控與測量,、微進給系統(tǒng)等,。如用金剛石車床車削鏡面磁盤，車刀的進給量為5μm ,，就是利用微動機器人實現(xiàn)的,。將彈性薄膜和電致伸縮器組合成微進給機構(gòu)，利用電致伸縮器的伸縮帶動工作臺運動,，實現(xiàn)微量進給,。王加春等利用壓電陶瓷伸長和收縮，制成超精密車床溜板的主動振動控制系統(tǒng),，結(jié)合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法,，可以抑制溜板的振動，提高加工精度,。章云等將微動機器人技術應用于新型鏜床,，利用壓電陶瓷控制鏜刀的徑向進給，設計出變形鏜桿,，可以加工出高精度的活塞異形銷孔,。該機構(gòu)體積小,，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕,，制造裝配容易,。

3.4 掃描隧道顯微鏡

掃描隧道顯微鏡也可以看成是一種微動機器人，它一般由壓電陶瓷晶體驅(qū)動,，可以XYZ三個方向上實現(xiàn)納米級移動,，主要用于零件表面的檢測，也可用于分子,、原子搬遷重組,，其工作原理如圖5。原子力顯微鏡能夠操作分子尺寸的粒子,，在未來的納米級零件的裝配領域中具有廣闊的應用前景,。MIT確立了一個名為 Nanowalker項目，對于微操作機器人的集成化問題進行了進一步的探索,，研制多個微小的,、具有多種功能的柔性微操作機器人。如圖6所示,，該微小機器人與掃描探針等工具結(jié)合,，可具備納米操作、三維微加工,、表面檢測等多種功能,。

3.5 未來的發(fā)展趨勢

RalphHollis等提出適用于精密裝配的微工廠的概念，包含了基于傳感器的微操作和自動裝配體系,，可完成復雜MEMS系統(tǒng)的裝配工作,。 Hitosh建了一個微工廠的模型。在一個工作臺上,，集中了微型車床,、磨床、沖床,、機械手,、操作器等，可以實現(xiàn)微型零件的加工以及裝配,。它的特點是空間小,、能耗低、重量輕,，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要重新構(gòu)造,，具有很高的柔性。

4,、結(jié)論

綜上所述,，微機器人技術對于超精密加工,、檢測和裝配等都具有不可替代的作用。利用微機器人技術改造傳統(tǒng)的機床,、工業(yè)機器人,，可提高加工質(zhì)量，降低加工成本,。從單個機器人操作到多機器人協(xié)作,，到桌面微工廠，微機器人技術與現(xiàn)代通訊技術,、微加工工藝,、檢測技術等結(jié)合，不僅為機器人技術開拓了新的應用領域,，也將在未來的先進制造領域發(fā)揮更大的作用,。